PL180141B1

PL180141B1 - A method of microbiological remediation of land from petroleum products

Info

Publication number: PL180141B1
Application number: PL30962295A
Authority: PL
Inventors: Maria Lebkowska; Zofia Kanska
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 2000-12-29
Also published as: PL309622A1

Abstract

1. Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów z produktów naftowych, w którym do zanieczyszczonego gruntu wprowadza się mikroorganizmy zdolne do rozkładu tych produktów, znamienny tym, że jako mikroorganizmy stosuje się bakterie rodzime pobrane w próbkach gruntu przeznaczonego do oczyszczenia, z których po izolacji i identyfikacji eliminuje się bakterie patogenne, zaś bakterie o najwyższej aktywności w rozkładzie węglowodorów' zawartych w produktach naftowych, korzystnie od 5 do 10 różnych gatunków bakterii, namnaża się i wprowadza do zanieczyszczonego gruntu w ilości minimalnej co najmniej 105 komórek na 1 g suchej masy gruntu, przy czym w trakcie procesu remediacji utrzymuje się ilość wprowadzonych bakterii powyżej ilości minimalnej oraz identyfikuje rozwijające się w gruncie gatunki bakterii.1. A method of microbiological remediation of soil from petroleum products, in which microorganisms capable of decomposing these products are introduced into the contaminated soil, characterized in that native bacteria collected in samples of the soil to be purified are used as microorganisms, from which pathogenic bacteria are eliminated after isolation and identification, and bacteria with the highest activity in the decomposition of hydrocarbons contained in petroleum products, preferably from 5 to 10 different species of bacteria, are multiplied and introduced into the contaminated soil in a minimum amount of at least 105 cells per 1 g of dry mass of soil, wherein during the remediation process the number of introduced bacteria is maintained above the minimum amount and the species of bacteria developing in the soil are identified.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów z produktów naftowych metoda „in situ” i „ex situ”.The subject of the invention is a method of microbiological remediation of soils from petroleum products by the "in situ" and "ex situ" methods.

Znane są sposoby biodegradacji związków organicznych z wykorzystaniem bioreaktorów do intensyfikacji przemian biochemicznych. W bioreaktorach zanieczyszczona gleba utrzymywana jest w stanie koloidalnym do uzyskania odpowiedniego stopnia rozkładu zanieczyszczeń.There are known methods of biodegradation of organic compounds with the use of bioreactors for the intensification of biochemical changes. In bioreactors, the contaminated soil is kept in a colloidal state until an appropriate degree of contamination decomposition is obtained.

Szybkość przebiegu tych procesów uzależniona jest od odpowiednich warunków; w tym od stężenia związku organicznego, stanowiącego substrat pokarmowy dla mikroorganizmów, oraz stężenia enzymów niezbędnych do procesów biodegradacji. Nadmiar substratu może oddziaływać toksycznie na komórki mikroorganizmów, zaś nieodpowiednie warunki mogą doprowadzić do zahamowania procesu biodegradacji. Wykorzystywane w tym procesie mikroorganizmy dobierane są zwykle standardowo w zależności od substancji zanieczyszczającej glebę. Z tego względu sposoby te wymagaj ą właściwego przygotowania gleby przed rozpoczęciem procesu biodegradacji oraz utrzymywania w trakcie procesu odpowiednich dla mikroorganizmów warunków, co znacząco wpływa na koszty prowadzenia procesu. Ponadto zdolność przerobowa oczyszczania gruntu tymi sposobami zależy od przepustowości bioreaktorówThe speed of these processes depends on the appropriate conditions; including the concentration of the organic compound, which is a food substrate for microorganisms, and the concentration of enzymes necessary for biodegradation processes. Excess substrate may have a toxic effect on the cells of microorganisms, and inappropriate conditions may inhibit the biodegradation process. The microorganisms used in this process are usually selected according to the soil contaminant. For this reason, these methods require proper soil preparation before starting the biodegradation process and maintaining conditions suitable for microorganisms during the process, which significantly affects the costs of the process. Moreover, the capacity of soil remediation by these methods depends on the capacity of the bioreactors

Znane są także sposoby mikrobiologicznego rozkładu zanieczyszczeń ropopochodnych, przedstawione w polskim opisie patentowym nr 149835, polegające na kompostowaniu odpadów ropopochodnych przy znacznym udziale innych odpadów, na przykład komunalnych, lub na wprowadzaniu do zanieczyszczonego gruntu specjalnych mikroorganizmów zdolnych do rozkładu węglowodorów; Wadą tych sposobów jest ograniczony zakres zastosowania, możliwość zakłóceń rozwoju mikroorganizmów wprowadzanych do gruntu w zależności odThere are also known methods of microbiological decomposition of petroleum pollutants, presented in Polish patent description No. 149835, consisting in composting petroleum waste with a significant share of other waste, for example municipal waste, or introducing special microorganisms capable of decomposing hydrocarbons into the contaminated soil; The disadvantage of these methods is the limited scope of application, the possibility of disturbing the growth of microorganisms introduced into the soil, depending on

180 141 miejscowych warunków glebowych i mikrobiologicznych, oraz miała szybkość procesów rozkładu, trwająca około 2-3 lata.180,141 local soil and microbiological conditions, and had a speed of decomposition processes lasting about 2-3 years.

Sposób według wynalazku, w którym do zanieczyszczonego gruntu wprowadza się mikroorganizmy zdolne do rozkładu tych produktów, wyróżnia się tym, że jako mikroorganizmy stosuje się bakterie rodzime pobrane w próbkach gruntu przeznaczonego do oczyszczenia, z których po izolacji i identyfikacji eliminuje się bakterie patogenne, zaś bakterie o najwyższej aktywności w rozkładzie węglowodorów zawartych w produktach naftowych namnaża się i wprowadza do zanieczyszczonego gruntu w ilości minimalnej co najmniej 10⁵ komórek na 1 g suchej masy gruntu. W tym celu, przed namnożeniem, wyizolowane bakterie poddaje się testom biodegradacji produktów naftowych hodując je na płynnym podłożu mineralnym w warunkach tlenowych z udziałem 0,5 do 2% produktów naftowych. Do remediacji wybiera się korzystnie od 5 do 10 różnych gatunków bakterii wykazujących się najwyższą aktywnością biodegradacji węglowodorów. W trakcie procesu remediacji prowadzi się kontrolę mikrobiologiczną w celu utrzymania ilości wprowadzonych bakterii powyżej ilości minimalnej oraz identyfikuje się rozwijające się w gruncie gatunki bakterii w celu niedopuszczenia do rozwoju bakterii nietypowych dla danego środowiska lub o cechach patogennych. W przypadku stwierdzenia liczby bakterii mniejszej od minimalnej, do gruntu wprowadza się dodatkową ilość namnożonych bakterii.The method according to the invention, in which microorganisms capable of decomposing these products are introduced into the contaminated soil, is distinguished by the fact that native bacteria collected in soil samples to be cleaned are used as microorganisms, from which, after isolation and identification, pathogenic bacteria are eliminated, and with the highest activity in the decomposition of hydrocarbons contained in petroleum products, are multiplied and introduced into the contaminated soil in a minimum amount of at least 10 ⁵ cells per 1 g of dry mass of soil. For this purpose, before multiplication, the isolated bacteria are subjected to biodegradation tests of petroleum products by culturing them on a liquid mineral medium under aerobic conditions with the content of 0.5 to 2% of petroleum products. Preferably, 5 to 10 different species of bacteria showing the highest hydrocarbon biodegradation activity are selected for remediation. During the remediation process, microbiological control is carried out in order to maintain the amount of introduced bacteria above the minimum amount and bacterial species developing in the soil are identified in order to prevent the growth of bacteria that are unusual for a given environment or with pathogenic features. If the number of bacteria is below the minimum, an additional amount of multiplied bacteria is introduced into the soil.

W zależności od stosowanej metody remediacji, namnożone bakterie wprowadza się do gruntu poprzez jego zraszanie zawiesiną bakterii lub warstwowo, na stałym nośniku mineralnym, zwłaszcza w postaci keramzytu.Depending on the remediation method used, the multiplied bacteria are introduced into the soil by sprinkling it with a suspension of bacteria or in layers, on a solid mineral carrier, especially in the form of expanded clay.

Sposób według wynalazku umożliwia znaczne skrócenie czasu remediacji gruntu bez stosowania bioreaktorów, do około 12-20 tygodni, przy znacznie niższych nakładach ekonomicznych i niezależnie od wielkości oczyszczanego obszaru gruntu.The method according to the invention makes it possible to significantly shorten the time of soil remediation without the use of bioreactors, to about 12-20 weeks, with much lower economic outlays and regardless of the size of the soil area to be cleaned.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładach stosowania.The invention is explained in more detail in the application examples.

Przykład 1.Z gruntu zanieczyszczonego produktami naftowymi na skutek awarii rurociągu przesyłowego pobrano do badań laboratoryjnych próbki gruntu o masie około 250 g w punktach terenu w siatce o boku 10-50 m, w zależności od wielkości rekultywowanego obszaru. Po rozcieńczeniu badanych próbek wykonano posiewy uzyskanych zawiesin metoda płytkowa Kocha, przy zastosowaniu 2 rodzajów podłoży: agarowego i stałego podłoża mineralnego z dodatkiem 1 % produktów naftowych.Example 1 From soil contaminated with oil products due to a failure of the transmission pipeline, soil samples weighing about 250 g were collected for laboratory tests at points of the terrain in a grid with a side of 10-50 m, depending on the size of the reclaimed area. After diluting the tested samples, the obtained suspensions were inoculated using the Koch plate method, using 2 types of media: agar and solid mineral medium with the addition of 1% petroleum products.

Hodowlę prowadzono w cieplarce w temperaturze 26°C przez okres 48-72 h, po czym oceniano udział bakterii wykorzystujących produkty naftowe jako jedyne źródła węgla (podłoże mineralne), w ogólnej liczbie bakterii (podłoże agarowe). Liczbę bakterii określano w odniesieniu do 1 g suchej masy gruntu. Po identyfikacji szczepów bakterii wyeliminowano szczepy o cechach patogennych. Pozostałe szczepy bakterii poddano testom biodegradacji produktów naftowych, wprowadzając każdy szczep odrębnie do reaktora w postaci zawiesiny komórek w płynnym podłożu mineralnym z dodatkiem 1% produktów naftowych, w warunkach tlenowych. Po 20 dniach hodowli do remediacji gruntu wybrano 10 różnych gatunków bakterii, które wykazywały się co najmniej 50% eliminacją węglowodorów zawartych w produktach naftowych. Uzyskane szczepy bakterii dalszej hodowli namnażającej prowadzonej przeciętnie w czasie 48 do 72 h w temperaturze 26°C.The cultivation was carried out in an incubator at 26 ° C for a period of 48-72 h, after which the share of bacteria using petroleum products as the only carbon source (mineral medium) in the total number of bacteria (agar medium) was assessed. The number of bacteria was determined in relation to 1 g of dry weight of soil. After identification of bacterial strains, strains with pathogenic features were eliminated. The remaining bacterial strains were subjected to the petroleum products biodegradation tests by introducing each strain separately into the reactor in the form of a cell suspension in a liquid mineral medium with the addition of 1% petroleum products, under aerobic conditions. After 20 days of cultivation, 10 different species of bacteria were selected for soil remediation which showed at least 50% elimination of hydrocarbons contained in petroleum products. The obtained bacterial strains were further multiplied for 48 to 72 h at the temperature of 26 ° C on average.

Namnożoną hodowlę wprowadzono do skażonego gruntu poprzez zraszanie gruntu wodną zawiesiną bakterii w ilości powyżej 10⁵ komórek na 1 g suchej masy gruntu.The propagated culture was introduced into the contaminated soil by sprinkling the soil with an aqueous suspension of bacteria in the amount of more than 10 ⁵ cells per 1 g of soil dry matter.

Podczas procesu remediacji prowadzono kontrolę mikrobiologiczną procesu w odstępach 1-2 tygodniowy w zakresie badań ilościowych bakterii aktywnych w rozkładzie produktów naftowych. W trakcie kontroli dokonywano identyfikacji bakterii z uwagi na możliwość rozwoju bakterii nietypowych lub o cechach patogennych. W przypadku mniejszej liczby bakterii od 10⁵ komórek na 1 g suchej masy gruntu przeprowadzano dodatkowe zraszanie gruntu mikroorganizmami. Proces remediacji zakończono po upływie około 12 tygodni uzyskując stopień remediacji porównywalny z uzyskiwanymi innymi znanymi sposobami.During the remediation process, microbiological control of the process was carried out at 1-2 week intervals for quantitative tests of bacteria active in the breakdown of petroleum products. During the inspection, the bacteria were identified due to the possibility of the development of atypical bacteria or with pathogenic features. In the case of a lower number of bacteria than 10 ⁵ cells per 1 g of dry mass of soil, additional sprinkling of the soil with microorganisms was performed. The remediation process was completed after about 12 weeks, obtaining a degree of remediation comparable to that obtained with other known methods.

180 141180 141

Przykład 2. W procesie remediacji metodą „ex situ” z gruntu zanieczyszczonego produktami naftowymi w ilości powyżej 10 g/kg suchej masy gleby pobrano i wyizolowano bakterie rodzime, postępując jak w przykładzie 1. Po identyfikacji i wyeliminowaniu szczepów patogennych przeprowadzono testy biodegradacji prowadząc hodowlę ciągłą komórek na płynnym podłożu mineralnym, w warunkach tlenowych, przy stężeniu dodanych produktów naftowych nie przekraczającym 2%. Uzyskane szczepy bakterii, o największej aktywności w rozkładzie węglowodorów, namnożono i wprowadzono do oczyszczanego gruntu warstwami na nośniku mineralnym w postaci keramzytu.Example 2. In the "ex situ" remediation process, native bacteria were collected and isolated from the soil contaminated with petroleum products in an amount exceeding 10 g / kg dry weight of soil, proceeding as in Example 1. After identifying and eliminating pathogenic strains, biodegradation tests were carried out by conducting continuous cultivation cells on a liquid mineral medium, under aerobic conditions, with the concentration of added petroleum products not exceeding 2%. The obtained bacterial strains, with the highest activity in the decomposition of hydrocarbons, were multiplied and introduced into the cleaned soil in layers on a mineral carrier in the form of expanded clay.

Proces remediacji zakończono jak w przykładzie 1, uzyskując podobny stopień remediacji gruntu.The remediation process was completed as in Example 1, obtaining a similar degree of land remediation.

Sposób według wynalazku ma zastosowanie w przypadkach niewielkiego występowania w gruntach bakterii aktywnych w rozkładzie produktów naftowych (poniżej 10⁵ komórek na 1 g suchej masy gruntu), przy stężeniu tych produktów nie wywierającym toksycznego wpływu na komórki mikroorganizmów. W przypadku metody „in situ” sposób według wynalazku umożliwia remediację gruntu na głębokość do 0,5 m. W razie stwierdzenia w trakcie kontroli mikrobiologicznej rozwoju nietypowych bakterii dla danego środowiska lub o cechach patogennych, proces remediacji przerywa się a glebę poddaje dezynfekcji.The method according to the invention is applicable in cases of low presence in soil of bacteria active in the decomposition of petroleum products (less than 10 ⁵ cells per 1 g of dry weight of soil), at the concentration of these products having no toxic effect on the cells of microorganisms. In the case of the "in situ" method, the method according to the invention enables soil remediation to a depth of 0.5 m. If, during the microbiological control, the development of unusual bacteria for a given environment or with pathogenic features is found, the remediation process is interrupted and the soil is disinfected.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 60 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

A method of microbiological soil remediation from petroleum products, in which microorganisms capable of decomposing these products are introduced into the contaminated soil, characterized in that native bacteria collected in soil samples to be cleaned are used as microorganisms, from which, after isolation and identification, are eliminated pathogenic bacteria, and the bacteria with the highest activity in decomposing hydrocarbons contained in petroleum products, preferably from 5 to 10 different species of bacteria, are multiplied and introduced into the contaminated soil in a minimum amount of at least 10 ⁵ cells per 1 g of dry mass of soil, during the remediation process, the amount of introduced bacteria is maintained above the minimum amount and the bacterial species developing in the soil is identified.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that, prior to multiplication, the isolated bacteria are cultivated on a liquid mineral medium under aerobic conditions with the content of 0.5 to 2% of petroleum products, and then for remediation the species of bacteria showing the highest biodegradation activity of hydrocarbons contained in these products are selected.

3. The method according to p. The method of claim 1, wherein the multiplied bacteria are introduced into the soil by sprinkling it with a suspension of bacteria.

4. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the multiplied bacteria are introduced into the soil on a solid mineral carrier, especially in the form of expanded clay.